Trả lời nhanh
Orbital (obitan) nguyên tử, viết tắt AO, là khu vực không gian xung quanh hạt nhân nguyên tử mà ở đó xác suất có mặt electron là lớn nhất (thường lấy khoảng 90%). Mỗi AO chứa tối đa 2 electron có chiều tự quay ngược nhau. Obitan không phải quỹ đạo tròn cố định như mô hình Bo cũ.
Khái niệm obitan nguyên tử
Trong nguyên tử, electron chuyển động rất nhanh quanh hạt nhân và ta không thể xác định chính xác vị trí của nó tại một thời điểm. Vì vậy các nhà khoa học chỉ nói về xác suất tìm thấy electron tại một vùng nào đó.
Nếu “chụp” vị trí electron rất nhiều lần rồi chấm các điểm lên một hình, ta được một đám mây điểm dày ở gần hạt nhân và thưa dần ra xa. Phần không gian chứa khoảng 90% đám mây đó được gọi là obitan nguyên tử.
Câu hoàn chỉnh thường gặp trong bài học: “Orbital nguyên tử là khu vực không gian xung quanh hạt nhân nguyên tử mà ở đó xác suất có mặt (xác suất tìm thấy) electron là lớn nhất.” Nếu đề bài để trống chỗ nào, hãy điền cụm “xác suất có mặt electron lớn nhất (khoảng 90%)”.
Hình dạng các obitan s và p
Hình dạng AO phụ thuộc vào loại phân lớp. Hai loại em cần nhớ nhất ở lớp 10 là s và p.
- AO s: có dạng hình cầu, tâm là hạt nhân. Mỗi phân lớp s chỉ có 1 AO.
- AO p: có dạng hình số tám nổi (hai thùy đối xứng qua hạt nhân). Mỗi phân lớp p có 3 AO là px, py, pz, định hướng theo ba trục x, y, z vuông góc với nhau.
Các AO d và f có hình phức tạp hơn, chương trình phổ thông chỉ yêu cầu biết số lượng: phân lớp d có 5 AO, phân lớp f có 7 AO.
Số AO và số electron tối đa
Quy tắc cần nhớ: mỗi AO chứa tối đa 2 electron, và hai electron đó có chiều tự quay (spin) ngược nhau.
| Phân lớp | Số AO | Số electron tối đa |
|---|---|---|
| s | 1 | 2 |
| p | 3 | 6 |
| d | 5 | 10 |
| f | 7 | 14 |
Với lớp electron thứ n, số AO là n2 và số electron tối đa là 2n2.
| Lớp (n) | Các phân lớp | Số AO | Electron tối đa |
|---|---|---|---|
| 1 (K) | 1s | 1 | 2 |
| 2 (L) | 2s, 2p | 4 | 8 |
| 3 (M) | 3s, 3p, 3d | 9 | 18 |
Vì sao không gọi obitan là “quỹ đạo”?
- Quỹ đạo gợi hình ảnh đường đi cố định, như hành tinh quanh Mặt Trời. Electron không đi theo đường nào xác định.
- Obitan là một vùng không gian có xác suất, không có ranh giới tuyệt đối: ra xa hạt nhân xác suất giảm dần nhưng không bằng 0.
- Con số 90% chỉ là cách quy ước để vẽ ra một “hình dạng” dễ hình dung.
So sánh các AO với nhau
- Cùng phân lớp (2px, 2py, 2pz): cùng hình dạng, cùng kích thước, cùng mức năng lượng, chỉ khác hướng trong không gian.
- Cùng loại, khác lớp (1s, 2s, 3s): cùng hình cầu nhưng lớp càng cao thì AO càng lớn, electron ở xa hạt nhân hơn và năng lượng cao hơn.
- Cùng lớp, khác phân lớp (2s và 2p): khác hình dạng; mức năng lượng 2s thấp hơn 2p.
Mẹo nhớ: s là “sphere” (cầu), p có “hai thùy” như quả tạ đôi; số AO của s, p, d, f là dãy số lẻ 1, 3, 5, 7.
Lỗi sai thường gặp
- Nhầm “lớp” với “AO”: lớp M có 9 AO chứ không phải 1 AO, nên chứa tối đa 18 electron.
- Cho rằng AO p chỉ có 1 hình “số tám”: thực tế có 3 AO p vuông góc nhau, tổng chứa 6 electron.
- Nghĩ electron “nằm” mọi lúc trong obitan 90%: đó chỉ là xác suất, vẫn có khả năng nhỏ tìm thấy electron bên ngoài.
- Viết hai electron trong cùng AO có spin cùng chiều: sai, phải ngược chiều.
Bài luyện tập
- Lớp M (n = 3) có bao nhiêu AO? Chứa tối đa bao nhiêu electron?
Đáp án: n2 = 9 AO (1 AO 3s + 3 AO 3p + 5 AO 3d); tối đa 2 × 9 = 18 electron. - Phân lớp 3d có bao nhiêu AO, chứa tối đa bao nhiêu electron?
Đáp án: 5 AO; tối đa 10 electron. - Hai AO 2px và 3px giống và khác nhau ở điểm nào?
Đáp án: giống hình dạng và hướng theo trục x; khác ở kích thước (3px lớn hơn) và mức năng lượng (3px cao hơn).
Câu hỏi thường gặp
Obitan nguyên tử là gì?
Obitan nguyên tử (AO) là khu vực không gian xung quanh hạt nhân nguyên tử mà ở đó xác suất có mặt electron là lớn nhất, thường lấy khoảng 90%.
Mỗi obitan nguyên tử chứa tối đa bao nhiêu electron?
Tối đa 2 electron, và hai electron này có chiều tự quay (spin) ngược nhau.
Obitan s và obitan p có hình dạng thế nào?
AO s có dạng hình cầu; AO p có dạng hình số tám nổi gồm hai thùy, có 3 AO p định hướng theo ba trục x, y, z vuông góc nhau.
Lớp electron thứ n có bao nhiêu obitan?
Có n² obitan nguyên tử, nên chứa tối đa 2n² electron.